Metode de încălzire electrică

Metode de bază și metode de conversie a energiei electrice în căldură clasificate după cum urmează. Se face o distincție între încălzirea electrică directă și indirectă.

În încălzirea electrică directă, transformarea energiei electrice în energie termică are loc ca urmare a trecerii curentului electric direct prin corpul sau mediul încălzit (metal, apă, lapte, sol etc.). În încălzirea electrică indirectă, un curent electric trece printr-un dispozitiv special de încălzire (element de încălzire), din care căldura este transferată către un corp sau mediu încălzit prin conducție, convecție sau radiație.

Există mai multe tipuri de conversie a energiei electrice în căldură, care definesc metode de încălzire electrică.

Incalzire cu rezistenta

Curgerea curentului electric prin solide sau medii lichide conductoare de electricitate este însoțită de evoluția căldurii. Conform legii Joule-Lenz, cantitatea de căldură Q = I2Rt, unde Q este cantitatea de căldură, J; I — silatok, A; R este rezistența unui corp sau a unui mediu, Ohm; t — timpul de curgere, s.

Încălzirea cu rezistență se poate face prin metode de contact și electrozi.

Metoda de contact Se utilizează pentru încălzirea metalelor atât prin principiul încălzirii electrice directe, de exemplu în dispozitivele de sudură electrică prin contact, cât și prin principiul încălzirii electrice indirecte — în elementele de încălzire.

Metoda electrodului Se folosește la încălzirea materialelor conductoare nemetalice și a mediilor: apă, lapte, furaje suculente, pământ etc. Materialul sau mediul încălzit este plasat între electrozi cărora li se aplică o tensiune alternativă.

Curentul electric care trece prin materialul dintre electrozi îl încălzește. Apa obișnuită (nedistilată) conduce un curent electric, deoarece conține întotdeauna o anumită cantitate de săruri, baze sau acizi, care se disociază în ioni care poartă sarcini electrice, adică un curent electric. Caracterul conductivității electrice a laptelui și a altor lichide, a solului, a furajelor suculente etc. este similar.

Încălzirea directă a electrodului se realizează numai pe curent alternativ, deoarece curentul continuu provoacă electroliza materialului încălzit și deteriorarea acestuia.

Încălzirea cu rezistență electrică și-a găsit o aplicație largă în producție datorită simplității, fiabilității, flexibilității și costului scăzut al dispozitivelor de încălzire.

Încălzire cu arc electric

Într-un arc electric care are loc între doi electrozi într-un mediu gazos, energia electrică este transformată în căldură.

Pentru a aprinde arcul, electrozii conectați la sursa de alimentare sunt atinși pentru scurt timp și apoi separați încet. Rezistența contactului în momentul separării electrozilor este puternic încălzită de curentul care trece prin acesta.Electronii liberi, aflati in miscare constanta in metal, isi accelereaza miscarea cu cresterea temperaturii in punctul de contact al electrozilor.

Pe măsură ce temperatura crește, viteza electronilor liberi crește atât de mult încât se desprind de metalul electrozilor și zboară în aer. Pe măsură ce se mișcă, se ciocnesc cu moleculele de aer și le separă în ioni încărcați pozitiv și negativ. Spațiul de aer dintre electrozi este ionizat și devine conductiv electric.

Sub influența tensiunii sursei, ionii pozitivi se îndreaptă spre polul negativ (catod), iar ionii negativi către polul pozitiv (anod), formând astfel o descărcare lungă - un arc electric însoțit de eliberarea de căldură. Temperatura arcului nu este aceeași în diferitele sale părți și este la electrozii metalici: la catod - aproximativ 2400 ° C, la anod - aproximativ 2600 ° C, în centrul arcului - aproximativ 6000 - 7000 ° C .

Distingeți între încălzirea cu arc electric direct și indirect. Principala aplicație practică se găsește în încălzirea directă cu arc în instalațiile de sudare cu arc electric. În instalațiile de încălzire indirectă, arcul este folosit ca sursă puternică de raze infraroșii.

Încălzire prin inducție

Dacă o bucată de metal este plasată într-un câmp magnetic alternant, atunci este indus în ea un e alternant. d. s, sub influența cărora vor apărea curenți turbionari în metal. Trecerea acestor curenți în metal va face ca acesta să se încălzească. Această metodă de încălzire a metalului se numește inducție. Proiectarea unor încălzitoare cu inducție se bazează pe utilizarea fenomenului de efect de suprafață și a efectului de proximitate.

Curenții industriali (50 Hz) și de înaltă frecvență (8-10 kHz, 70-500 kHz) sunt utilizați pentru încălzirea prin inducție. Încălzirea prin inducție a corpurilor metalice (piese, detalii) este cea mai răspândită în construcția de mașini și repararea echipamentelor, precum și pentru călirea pieselor metalice. Metoda de inducție poate fi folosită și pentru a încălzi apa, solul, betonul și pasteurizarea laptelui.

Încălzire dielectrică

Esența fizică a încălzirii dielectrice este următoarea. În mediile solide și lichide cu conductivitate electrică slabă (dielectrici) plasate într-un câmp electric în schimbare rapidă, energia electrică este transformată în căldură.

Fiecare dielectric conține sarcini electrice legate între ele prin forțe intermoleculare. Aceste taxe se numesc taxe legate, spre deosebire de taxele gratuite pentru materiale de conducere. Sub acțiunea unui câmp electric, sarcinile asociate sunt orientate sau deplasate în direcția câmpului. Deplasarea sarcinilor asociate sub acțiunea unui câmp electric extern se numește polarizare.

Într-un câmp electric alternativ, are loc o mișcare continuă a sarcinilor și deci a forțelor intermoleculare ale moleculelor asociate acestora. Energia cheltuită de sursă pentru a polariza moleculele materialelor neconductoare este eliberată sub formă de căldură. Unele materiale neconductoare au o cantitate mică de încărcături libere care, sub influența unui câmp electric, creează un curent mic de conducere care contribuie la eliberarea de căldură suplimentară în material.

La încălzirea cu un dielectric, materialul care trebuie încălzit este plasat între electrozi metalici - plăci condensatoare, la care tensiune de înaltă frecvență (0,5 - 20 MHz și mai mare) de la un generator special de înaltă frecvență. Corpul de încălzire dielectrică este format dintr-un generator de lampă de înaltă frecvență, un transformator de putere și un dispozitiv de uscare cu electrozi.

Încălzirea dielectrică de înaltă frecvență este o metodă de încălzire promițătoare și este utilizată în principal pentru uscarea și tratarea termică a lemnului, hârtiei, alimentelor și furajelor (uscarea cerealelor, legumelor și fructelor), pasteurizarea și sterilizarea laptelui etc.

Încălzire cu fascicul de electroni (electronic)

Când un flux de electroni (fascicul de electroni) accelerat într-un câmp electric întâlnește un corp încălzit, energia electrică este transformată în căldură. O trăsătură caracteristică a încălzirii electronice este o densitate ridicată a concentrației de energie de 5×108 kW / cm2, care este de câteva mii de ori mai mare decât în ​​încălzirea cu arc electric.Încălzirea electronică este utilizată în industrie pentru sudarea pieselor foarte mici și topirea metalelor ultrapure.

Pe lângă metodele considerate de încălzire electrică, încălzirea cu infraroșu (iradierea) este utilizată în producție și viața de zi cu zi.